废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法
【专利摘要】本发明是一种废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法。属于余热利用和废气处理的方法。其特征在于处理装置由如下顺序连接的设备构成：一级强化燃烧炉(1)，二级强化燃烧炉(2)，氮化硅多孔陶瓷过滤器(3)，逆流换热余热锅炉(4)，组合式热管换热器(5)，滤袋除尘器(6)，脱硫系统(7)，活性炭吸附塔(8)和引风机(9)；一种不仅余热回收效率高，而且能够对于在废杂铜熔炼过程中，产生的以二噁英类(dioxins)大气污染物，进行有效治理的废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法。处理后排放的尾气中，大气污染物全部项目污染物均低于GB 31574?2015表3中规定的限值。其中二噁英类大气污染物排放量≤0.1ngTEQ/m3。烟气余热回收率≥95％。
【专利说明】
废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法
技术领域
[0001]本发明是一种废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法。属于余热利用和废气处理的方法。
【背景技术】
[0002]铜是有色金属的一种，是人类最早利用的金属之一。由于铜金属具有良好的导电性、传热性、延展性以及强度高和抗腐蚀性能好等优良特性，用途非常广泛，其市场消费量仅次于铁和铝，居金属耗量第三位。铜及铜合金在国民经济发展中，占用重要地位。在建筑工程、交通运输、机械制造、电力传输、电子电器、汽车工业、国防工业、航天航空工业中，是不可缺少的重要金属材料。
[0003]铜矿资源是不可多得的宝贵资源。而且，远远不能满足经济的持续发展的需求。再生铜工业，在弥补铜矿资源不足的同时，对报废设备产生的废杂铜进行回收利用，在循环经济和可持续发展中扮演重要角色，并将长期存在和发展。对于节约铜资源，保护环境具有重要意义。
[0004]有数据显示，目前世界上每年生产和消费的铜约1600万吨。其中，再生铜约500万吨，所占的比例近三分之一。铜具有100%的可回收性，在反复回收利用中无任何性能损失。据统计，20世纪以来开采的铜金属中，有2/3沿用至今。
[0005]再生铜的生产和应用，不仅可以节约宝贵的自然矿产铜资源，增加铜的供给，与铜矿的开采冶炼(初级生产)相比，能降低大气污染物的排放。而且，废杂铜的再生熔炼(二次生产)较初级生产的冶炼可以节约85 %的能源。
[0006]废杂铜的来源一部分是报废物品中的铜部件及含铜材料，称之为旧废铜。如:铜加工过程中产生的废品及经报废后产生的废旧电线电缆、报废汽车部件和电子电气产品、含铜废料、废轴承、电机铜及废旧变压器等。另一部分是新废铜，来自于铜加工过程中产生的边角废料。
[0007]通过对收集到的废杂铜进行分选，部分废杂铜可重新被直接利用，其余通过预处理后，经熔炼再加工，生产所谓再生铜。再生铜的生产分为废铜的直接利用和间接利用两种;直接利用是指将铜含量相对较高的废杂铜直接熔炼成符合工业使用要求的不同牌号的铜合金或精铜；间接利用是将废杂铜首先经火法熔炼并浇铸为阳极板，然后经电解精制为电解铜或称阴极铜。
[0008]随着全球工业的快速发展，金属铜的应用范围不断扩大.，各工业制造部门和不同用户产生的废杂铜的种类，/物理形态和，化学成分都产生了很大变化。例如:报废的废旧电线电缆、报废汽车部件、电子电器产品线路板、废轴承、电机铜及废旧变压器等。这些含铜废弃物中夹杂的塑料、橡胶、涂料、胶黏剂、阻燃剂、油污等高分子有机化合物，会同废杂铜一起进入熔炼炉。这些有机夹杂物，在废杂铜熔炼过程中，不完全燃烧，就会产生二噁英类d1xins污染物。
[0009]因此，在废杂铜熔炼过程中，会产生大量烟尘，烟尘中含有大量金属及其氧化物颗粒。上述废杂铜有机夹杂物不完全燃烧，会产生二卩惡英类d1xins污染物，被烟尘携带，如不经有效处理，排入大气，将对环境及人类健康危害极大。
[0010]二噁英PCDDs是2000多种多氯联苯PCBs中的一部分，是自然界燃烧和工业生产中非有意生成的持久性有机污染物UPPOPs。二噁英是由2个或I个氧原子联接2个被氯取代的苯环组成的三环芳香族有机化合物。包括多氯代二苯并二噁英PCDDs和多氯代二苯并呋喃PCDFs这两类三环芳烃化合物，分子结构中氯原子的取代个数是I?8个。根据氯的取代数目及位置的不同，这类化合物理论上共有210种同系物和异构体，其中P⑶Ds供75种，P⑶Fs共135种。另外，多卤联苯(如多氯联苯PCBs、多溴联苯PBBs)、多卤联苯醚(如多氯联苯醚PCDEs、多溴联苯醚PBDEs)、氯代萘PCNs以及溴代的二噁英(如PBDDs JBDFs)等等，由于它们在化学结构、化学性质以及毒理学性质方面与二噁英的相似性，所以又被统称为二噁英类化合物(D1xin-like compounds)。
[0011]二噁英(d1xins)非人为生产，没有任何用途。它大多是在有机化合物燃烧时，碳氢化合物与甲基氯上的氯结合，经过一系列复杂化学反应产生的。例如:
[0012]①.自然界产生的
[0013]自然界的森林大火、火山喷发;微生物的生化作用和光化作用;生物乃至人类的新陈代谢产生的。
[OOM]②.人为的燃烧过程
[0015]金属冶炼、垃圾焚烧、胆子电器废弃物焚烧。家庭取暖、烹饪，燃油、燃气飞机、汽车、轮船运行。
[0016]③.化学制造过程
[0017]含氯化合物的制造如含氯农药、杀虫剂、消毒剂、漂白剂
[0018]④.工业燃烧
[0019]石化燃料锅炉燃烧，工业窑炉燃烧如硅酸盐工业窑炉等等。
[0020]二噁英类大气污染物，极低剂量就会对生物体产生有害作用。具有急性致死毒性、高致癌、致畸、致突变、内分泌干扰效应以及生殖和发育毒性等危害。而且，二噁英难以降解，可在生物体内积累，进入环境将长期残留。是在环境中持续时间极长的污染物。因此，二噁英的毒性极强，为人类I类致癌物。
[0021]以上看来，废杂铜熔炼工业产生的二噁英类(d1xins)大气污染物的治理与控制，对于人类健康与环境保护至关重要。
[0022]在废杂铜精炼过程中，烟气带走的热量占金属冶炼总能耗的一半以上。因此，在废杂铜熔炼烟气中携带的余热是宝贵的热能资源。将其回收利用对于节约能源具有重要意义。
[0023]现有技术中，废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法存在如下不足之处:
[0024]1.在废杂铜熔炼过程中，由于熔炼工艺条件控制、物料均质程度欠佳，导致废杂铜中夹带的二噁英类化合物未能得到完全分解，致使二噁英类化合物进入烟气；更严重的是废杂铜中夹带的含氯有机物未能得到充分燃烧，导致大量产生氯酚、多氯联苯等二噁英的前驱物，被烟尘携带进入烟气处理系统；
[0025]2.在烟气处理系统中，余热锅炉换热，喷淋洗涤、冷却，布袋收尘等处理工艺，处理时间长、操作温度落入易生成二噁英的250?680 °C温度范围内。为烟气中的前驱物在250?500 °C合成二噁英，和氯酚、氯酚基团、各种有机物以及有机基团在580?680°C高温气相合成二噁英提供了条件。导致二噁英类污染物的再合成，大大增加了烟气中的二噁英类大气污染物。
[0026]3.废杂铜熔炼炉排出的烟气中携带大量粉尘，废杂铜中夹带的含氯有机物未能得到充分燃烧，产生的二噁英前驱物，被烟尘吸附，并在烟气的输送和处理过程中，通过铜、铁等过度金属及其氧化物的催化作用下，进一步生成二噁英类污染物。
[0027]4.为避开二噁英再合成的低温合成区，只利用烟气500°C以上的热量。造成了热能的浪费。
[0028]—种不仅余热回收效率高，而且能够对于在废杂铜熔炼过程中，产生的二噁英类(d1xins)大气污染物，进行有效治理的废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法是人们所期待的。
【发明内容】
[0029]本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，而提供一种不仅余热回收效率高，而且能够对于在废杂铜熔炼过程中，产生的二噁英类(d1xins)大气污染物，进行有效治理的废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法。
[0030]本发明的目的可以通过如下措施来达到:
[0031]本发明的废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法，其特征在于处理装置由如下顺序连接的设备构成:一级强化燃烧炉I，二级强化燃烧炉2，氮化硅多孔陶瓷过滤器3，逆流换热余热锅炉4，组合式热管换热器5)，滤袋除尘器6，脱硫系统7，活性炭吸附塔8和引风机9 ；
[0032]所述处理方法包括如下步骤:
[0033]①.烟气强化燃烧
[0034]来自废杂铜熔炼炉的烟气，首先进入一级强化燃烧炉I，然后进入二级强化燃烧炉2强化燃烧;使得烟气中携带的有机可燃物继续充分燃烧；同时，在熔炼过程中产生的二噁英类化合物(D1xin-1 ike compounds)及前驱物得以热分解；
[0035]②.高温烟气过滤除尘净化
[0036]经步骤①强化燃烧后的烟气进入氮化硅多孔陶瓷过滤器3，过滤除尘净化;烟尘颗粒吸附的二卩惡英类化合物(D1xin-like compounds)及前驱物绝大部分被截留；
[0037]③.余热锅炉热能回收
[0038]经步骤②过滤除尘净化后的烟气，进入逆流换热余热锅炉4，与锅炉内工质逆流换热，将其携带的高温热能传递给锅炉工质；烟气自身温度降低到< 700°C，实现余热一级回收；
[0039]④.烟气经组合式热管换热器急剧降温
[0040]来自步骤③经余热锅炉4回收热能后的烟气进入组合式热管换热器5)的蒸发段即受热段与热管内的液态工质换热，将烟气携带的热能传导给热管内的液态工质；热管内的液态工质受热气化，产生的气态工质靠热管空间内微小的压差，经过中间的传输段，流向冷凝段;在冷凝段，气态工质对冷源(热管外的流体)释放潜热而冷凝，冷凝的液态工质靠吸液芯的毛细管作用，又流回到蒸发段，继续重复上述过程;如此周而复始，将烟气携带的热能传导给余热锅炉4的入口冷工质，用于提高余热锅炉进水温度;或加热空气，用于废杂铜熔炼炉、一级强化燃烧炉I和二级强化燃烧炉2的进风温度；或者产出热风、热水外送，供其他用户使用；同时，在2秒钟时间内将烟气自身温度降低到200°C以下，并继续降温至90°C以下，流出组合式热管换热器5);烟气急剧降温，同时实现烟气余热二次回收；
[0041]⑤.滤袋除尘
[0042]来自步骤④组合式热管换热器5)的烟气进入滤袋除尘器6过滤、进一步去除烟尘；
[0043]⑥.脱硫
[0044]来自步骤⑤经滤袋除尘器6过滤除尘后的烟气进入脱硫系统7，脱除硫化物以及其它酸性气体污染物，如H2S、Ν0χ、⑶、CO2、HCl;
[0045]⑦.活性炭吸附
[0046]来自步骤⑥经脱硫后的烟气进入活性炭吸附塔8，经活性炭吸附，脱除废杂铜熔炼烟气中的各种大气污染物，达标后，经引风机9排放。
[0047]在本发明的处理方法中，烟气强化燃烧、高温烟气过滤除尘净化和烟气经组合式热管换热器急剧降温，都是对完成本发明的任务做出突出贡献的技术特征。
[0048]来自废杂铜熔炼炉的烟气，首先进入一级强化燃烧炉I，然后进入二级强化燃烧炉2强化燃烧;提高了烟气的温度，增加了烟气高温燃烧时间，使熔炼烟气中的有机可燃物在高温下充分燃烧。同时，在恪炼过程中产生的二卩惡英类化合物(D1xin-1 ike compounds)及氯酚、多氯联苯等二噁英的前驱物得以热分解;从源头上减少了烟气中的灰尘及其携带的有机污染物的数量。从而大大减轻了烟气后处理的负荷。
[0049]高温烟气过滤除尘净化，使得烟尘颗粒吸附的二噁英类化合物(D1xin-likecompounds)及其前驱物大部分被截留;避免了废杂铜中夹带的含氯有机物未能得到充分燃烧，产生的二噁英前驱物，被烟尘吸附，并在烟气的输送和处理过程中，通过铜、铁等过度金属及其氧化物的催化作用下，进一步生成二噁英类污染物。有效地减少了在后续处理过程中，二噁英前驱体合成二噁英类污染物及高温气相合成二噁英的几率。同时也减小了低温除尘的负荷。
[0050]离开余热锅炉的烟气，流经组合式热管换热器，急剧降温。在<2秒钟的时间内将烟气自身温度从700°C降低到200°C以下。快速越过了二噁英前驱物再合成二噁英类污染物的温度区间，从而避免了二噁英类污染物的再生成。
[0051]热管是空间技术发展的产物，近年来，随着热管技术研究的不断成熟和深入，其应用焦点也从空间扩展到地面。热管是依靠自身内部工作液体相变实现传热的高效传热元件，可将大量的热量通过内部很小的截面通道远距离地传输而无需外加动力。热管具有很高的导热性、优良的等温性、热流密度可变性、热流方向的可逆性、热二极管与热开关性、恒温特性以及对环境的广泛适应性。本发明的发明人，将热管换热器用于本发明的烟气温度急剧降温，达到了预想的目的。
[0052]本发明的目的还可以通过如下措施来达到:
[0053]本发明的废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法，步骤①所述的一级强化燃烧炉I和二级强化燃烧炉2采用管道式燃烧器，配置自动控制系统，对于燃料流量、空气流量进行自动控制，确保燃烧器内的温度之1000C。
[0054]是优选的给水方案。
[0055]本发明的废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法，步骤①所述的二级强化燃烧炉2还设有电子打火控制开关，实现燃料油或燃料气的自动点火，确保当烟气中的CO达到设定浓度后。即点火燃烧。
[0056]是一个优选的给水方案。
[0057]本发明的废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法，步骤②中采用的氮化硅多孔陶瓷过滤器3，选用氮化硅、氧化铝和氧化钇组成的氮化硅泡沫陶瓷材料制造。三者的质量百分比组成为氮化硅:氧化铝:氧化钇=90:2:8。
[0058]是优选的技术方案。
[0059]本发明的废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法，步骤③中所述的逆流换热余热锅炉4烟气与锅炉余热回收工质之间的换热采用双套管式逆流换热方式，或三套管式逆流换热方式;其中:
[0060]所述的双套管式逆流换热方式，换热装置由数根直径不同的二直管套装配置组合构成，烟气走中心管，余热回收工质走环隙管，二者流动方向相反，实现逆流换热；
[0061 ]所述的三套管式逆流换热方式，换热装置由直径不同的三直管套装配置构成，烟气走中心管和外环隙，余热回收工质走内环隙管，二者流动方向相反，实现逆流换热。
[0062]是优选的技术方案。
[0063]本发明的废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法，步骤④中所述的组合式热管换热器5是由管内充有不同工质的热管组成的组合式热管换热器。是优选的技术方案。
[0064]整个组合式热管换热器分为高温热管区、中温热管区和低温热管区。工作温度由高到低，根据不同工作介质的物性及传输因子N选择最适宜在该区域工作的热管，并利用热管的热流密度可调特性，调节管内工作温度，以安全衔接各区域热管。
[0065]本发明的废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法，步骤④中所述的组合式热管换热器5热管内采用的工质分别是不同配比的钠-钾合金和水。是优选的技术方案。
[0066]研究表明:液态钠与钾可任意比例混熔，成为钠-钾合金(Na-K)，其熔点均低于钠的熔点(约98°C)及钾的熔点(约63°C)。不同配比的讷-钾合金熔化温度会有所变化。因此与金属钠、金属钾相比，钠-钾合金是一种更加理想的传热、载热介质。
[0067]本发明的废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法，步骤④中所述的组合式热管换热器5热管内采用的工质钠-钾合金的配比是:钠-钾合金中钾的重量百分比为46 %?89 % ο是优选的技术方案。
[0068]试验数据证明，当钠-钾合金中钾的重量百分比从46 %?89 %时，钠-钾合金的熔点低于或等于室温。也就是说上述钠-钾合金在室温下为液态。方便热管的填装和使用。
[0069]本发明的废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法，所述钠-钾合金的配比是钠-钾合金中钾的重量百分比为46 %?89 %。是优选的技术方案。
[0070]本发明的废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法，步骤④中所述的组合式热管换热器5为废杂铜熔炼炉、一级强化燃烧炉I和二级强化燃烧炉2提供高温助燃空气，改善燃烧状况，提高燃烧效率，节约燃料，或者为其它热风用户提供2 350°C的清洁干燥用热风。
[0071]经组合式热管换热器5将助燃热风加热到350?400°C，作为本发明的废杂铜熔炼炉、一级强化燃烧炉I和二级强化燃烧炉2的助燃空气使用，可节约燃料40%以上；
[0072]本发明的废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法，步骤⑥的脱硫方法，采用NaOH水溶液溶液为脱硫剂，以Ca(OH)2水溶液为再生剂，当NaOH水溶液失效后，通过Ca(OH)2水溶液再生后，重复使用。反应式如下:
[0073]2Na0H+S02^Na2S03+H20
[0074]Na2S03+S02+H20^2NaHS03
[0075]脱硫后的反应产物进入再生池内用Ca(OH)2进行再生，再生反应过程如下:
[0076]Ca(0H)2+Na2S03^2Na0H+CaS03
[0077]Ca(0H)2+2NaHS03^Na2S03+CaS03.1/2H20+1/2H20
[0078]采用采用NaOH水溶液溶液为脱硫剂，脱硫速度块、脱硫效率高，而且还能同时脱除烟气中的CO2、HC1、N0X等酸性污染物。
[0079]本发明的废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法，所述逆流换热余热锅炉4的工质是水或者低沸点有机工质。
[0080]本发明的废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法，逆流换热余热锅炉4和组合式热管换热器5回收的热能，直接以热能的形式使用，或者将回收的热能转变为电能或机械能。
[0081]本发明的废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法，相比现有技术有如下积极效果:
[0082]①.提供了一种不仅余热回收效率高，而且能够对于在废杂铜熔炼过程中，产生的以二噁英类(d1xins)大气污染物，进行有效治理的废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法。
[0083]②.经本发明的方法处理后排放的尾气中，大气污染物全部项目污染物均低于中华人民共和国标准GB 31574-2015《再生铜、铝、铅、锌工业污染物排放标准》中，“表3大气污染物排放限值”规定的限值。其中二噁英类大气污染物排放量< 0.1ngTEQ/m3。
[0084]③.采用两级烟气强化燃烧，增加了烟气高温燃烧时间，使熔炼烟气中的有机可燃物在高温下充分燃烧。同时，在恪炼过程中产生的二卩惡英类化合物(D i ο X i η -1 i k ecompounds)及氯酚、多氯联苯等二噁英的前驱物得以热分解;从源头上减少了烟气中的灰尘及其携带的有机污染物的数量。从而大大减轻了烟气后处理的负荷。
[0085]④.高温烟气过滤除尘净化，高温烟气过滤除尘净化，使得烟尘颗粒吸附的二噁英类化合物(D1xin-like compounds)及其前驱物大部分被截留；避免了废杂铜中夹带的含氯有机物未能得到充分燃烧，产生的二噁英前驱物，被烟尘吸附，并在烟气的输送和处理过程中，通过铜、铁等过度金属及其氧化物的催化作用下，进一步生成二噁英类污染物。有效地减少了在后续处理过程中，二噁英前驱体合成二噁英类污染物及高温气相合成二噁英的几率。同时也减小了低温除尘的负荷。
[0086]⑤.本发明采用了热管换热器，由于热管换热器具有强导热性、良好的等温性、灵活的热流密度可变性，从而实现了烟气温度骤降，同时高效率回收热能。离开余热锅炉的烟气经在组合式热管换热器急剧降温，在<2秒钟时间内将烟气自身温度从700°C降低到200°c以下。快速越过了二噁英前驱物再合成二噁英类污染物的温度区间，从而避免了二噁英类污染物的再生成。
[0087]⑥.热管换热器回收的热能，为废杂铜熔炼炉、一级强化燃烧炉I和二级强化燃烧炉2提供高温助燃空气，改善了燃烧状况，提高了燃烧效率，可节约燃料40 %以上。
【附图说明】
[0088]图1是本发明的废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法流程示意图。其中:
[0089]1.一级强化燃烧炉
[0090]2.二级强化燃烧炉
[0091 ]3.氮化硅多孔陶瓷过滤器
[0092]4.逆流换热余热锅炉
[0093]5.组合式热管换热器
[0094]6.滤袋除尘器
[0095]7.脱硫系统
[0096]8.活性炭吸附塔
[0097]9.引风机
[0098]图2是组合式热管换热器示意图
[0099]图3是热管工作示意图
【具体实施方式】
[0100]本发明下面将结合实施例作进一步详述:
[0101 ]实施例1 一种废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法
[0102]处理装置由如下顺序连接的设备构成:一级强化燃烧炉I，二级强化燃烧炉2，氮化硅多孔陶瓷过滤器3，逆流换热余热锅炉4，组合式热管换热器5，滤袋除尘器6，脱硫系统7，活性炭吸附塔8和引风机9;
[0103]所述处理方法包括如下步骤:
[0104]①.烟气强化燃烧
[0105]来自废杂铜熔炼炉的烟气，首先进入一级强化燃烧炉I，然后进入二级强化燃烧炉2强化燃烧;使得烟气中携带的有机可燃物继续充分燃烧；同时，在熔炼过程中产生的二噁英类化合物(D1xin-1 ike compounds)及前驱物得以热分解；
[0106]上述一级强化燃烧炉I和二级强化燃烧炉2采用管道式燃烧器，配置自动控制系统，对于燃料流量、空气流量进行自动控制，确保燃烧器内的温度在1000 °C?1100 0C。
[0107]上述的二级强化燃烧炉2还设有电子打火控制开关，实现燃料油或燃料气的自动点火，当烟气中的CO浓度=50mg/m3时，自动点火燃烧，确保烟气中的CO浓度< 50mg/m3。
[0108]②.高温烟气过滤除尘净化
[0109]经步骤①强化燃烧后的烟气进入氮化硅多孔陶瓷过滤器3，过滤除尘净化;烟尘颗粒吸附的二卩惡英类化合物(D1xin-like compounds)及前驱物绝大部分被截留；
[0110]上述氮化硅多孔陶瓷过滤器3，选用氮化硅、氧化铝和氧化钇组成的氮化硅泡沫陶瓷材料制造。三者的质量百分比组成为氮化硅:氧化铝:氧化钇= 90:2:8。
[0111]③.余热锅炉热能回收
[0112]经步骤②过滤除尘净化后的烟气，进入逆流换热余热锅炉4，与锅炉内工质逆流换热，将其携带的高温热能传递给锅炉工质;烟气自身温度降低到700°C，实现余热一级回收；
[0113]所述的逆流换热余热锅炉4烟气与锅炉余热回收工质之间的换热采用双套管式逆流换热方式，换热装置由数根直径不同的二直管套装配置组合构成，烟气走中心管，余热回收工质走环隙管，二者流动方向相反，实现逆流换热；
[0114]④.烟气经组合式热管换热器急剧降温
[0115]来自步骤③经余热锅炉4回收热能后的烟气进入组合式热管换热器5)的蒸发段即受热段与热管内的液态工质换热，将烟气携带的热能传导给热管内的液态工质；热管内的液态工质受热气化，产生的气态工质靠热管空间内微小的压差，经过中间的传输段，流向冷凝段;在冷凝段，气态工质对冷源(热管外的流体)释放潜热而冷凝，冷凝的液态工质靠吸液芯的毛细管作用，又流回到蒸发段，继续重复上述过程;如此周而复始，将烟气携带的热能传导给余热锅炉4的入口冷工质，用于提高余热锅炉进水温度;或加热空气，用于废杂铜熔炼炉、一级强化燃烧炉I和二级强化燃烧炉2的进风温度；或者产出热风、热水外送，供其他用户使用；同时，在2秒钟时间内将烟气自身温度降低到200°C以下，并继续降温至90°C以下，流出组合式热管换热器5;
[0116]所述的组合式热管换热器5是由管内充有不同工质的热管组成的组合式热管换热器。热管内采用的工质分别是不同配比的钠-钾合金和水。所述钠-钾合金的配比是钠-钾合金中钾的重量百分比为46%?89%。
[0117]所述的组合式热管换热器5为废杂铜熔炼炉、一级强化燃烧炉I和二级强化燃烧炉2提供高温助燃空气，改善燃烧状况，提高燃烧效率，节约燃料，或者为其他热风用户提供2350°C的清洁干燥用热风。
[0118]⑤.滤袋除尘
[0119]来自步骤④组合式热管换热器5)的烟气进入滤袋除尘器6过滤、进一步去除烟尘；
[0120]⑥.脱流
[0121]来自步骤⑤经滤袋除尘器6过滤除尘后的烟气进入脱硫系统7，脱除硫化物以及其他酸性气体污染物:氮氧化物、CO2、HC1 ；
[0122]采用NaOH水溶液溶液为脱硫剂，以Ca(OH)2水溶液为再生剂，当NaOH水溶液失效后，通过Ca(0H)2水溶液再生后，重复使用。
[0123]⑦.活性炭吸附
[0124]来自步骤⑥经脱硫后的烟气进入活性炭吸附塔8，经活性炭吸附，脱除废杂铜熔炼烟气中的各种大气污染物，达标后，经引风机9排放。
[0125]余热回收率29 5 %。大气污染物全部项目污染物均低于中华人民共和国标准GB31574-2015《再生铜、铝、铅、锌工业污染物排放标准》中，“表3大气污染物排放限值”规定的限值。其中二噁英类大气污染物排放量< 0.1ngTEQ/m3。
[0126]实施例2—种废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法
[0127]处理装置由如下顺序连接的设备构成:一级强化燃烧炉I，二级强化燃烧炉2，氮化硅多孔陶瓷过滤器3，逆流换热余热锅炉4，组合式热管换热器5，滤袋除尘器6，脱硫系统7，活性炭吸附塔8和引风机9;
[0128]所述处理方法包括如下步骤:
[0129]①.烟气强化燃烧
[0130]来自废杂铜熔炼炉的烟气，首先进入一级强化燃烧炉I，然后进入二级强化燃烧炉2强化燃烧;使得烟气中携带的有机可燃物继续充分燃烧；同时，在熔炼过程中产生的二噁英类化合物(D1xin-1 ike compounds)及前驱物得以热分解；
[0131]上述一级强化燃烧炉I和二级强化燃烧炉2采用管道式燃烧器，配置自动控制系统，对于燃料流量、空气流量进行自动控制，确保燃烧器内的温度在1050 °C?1100 °C。
[0132]上述的二级强化燃烧炉2设有电子打火控制开关，实现燃料油或燃料气的自动点火，当烟气中的CO浓度=30mg/m3时，自动点火燃烧，确保烟气中的CO浓度< 30mg/m3。
[0133]②.高温烟气过滤除尘净化
[0134]经步骤①强化燃烧后的烟气进入氮化硅多孔陶瓷过滤器3，过滤除尘净化;烟尘颗粒吸附的二卩惡英类化合物(D1xin-like compounds)及前驱物绝大部分被截留；
[0135]上述氮化硅多孔陶瓷过滤器3，选用氮化硅、氧化铝和氧化钇组成的氮化硅泡沫陶瓷材料制造。三者的质量百分比组成为氮化硅:氧化铝:氧化钇= 90:2:8。
[0136]③.余热锅炉热能回收
[0137]经步骤②过滤除尘净化后的烟气，进入逆流换热余热锅炉4，与锅炉内工质逆流换热，将其携带的高温热能传递给锅炉工质;烟气自身温度降低到680°C，实现余热一级回收；
[0138]所述的逆流换热余热锅炉4烟气与锅炉余热回收工质之间的换热采用三套管式逆流换热方式，换热装置由直径不同的三直管套装配置构成，烟气走中心管和外环隙，余热回收工质走内环隙管，二者流动方向相反，实现逆流换热。
[0139]④.烟气经组合式热管换热器急剧降温
[0140]来自步骤③经余热锅炉4回收热能后的烟气进入组合式热管换热器5)的蒸发段即受热段与热管内的液态工质换热，将烟气携带的热能传导给热管内的液态工质；热管内的液态工质受热气化，产生的气态工质靠热管空间内微小的压差，经过中间的传输段，流向冷凝段;在冷凝段，气态工质对冷源(热管外的流体)释放潜热而冷凝，冷凝的液态工质靠吸液芯的毛细管作用，又流回到蒸发段，继续重复上述过程;如此周而复始，将烟气携带的热能传导给余热锅炉4的入口冷工质，用于提高余热锅炉进水温度;或加热空气，用于废杂铜熔炼炉、一级强化燃烧炉I和二级强化燃烧炉2的进风温度；或者产出热风、热水外送，供其他用户使用；同时，在1.8秒钟时间内将烟气自身温度降低到200°C以下，并继续降温至90°C以下，流出组合式热管换热器5;
[0141]所述的组合式热管换热器5是由管内充有不同工质的热管组成的组合式热管换热器。热管内采用的工质分别是不同配比的钠-钾合金和水。所述钠-钾合金的配比是钠-钾合金中钾的重量百分比为60%?80%。
[0142]所述的组合式热管换热器5为废杂铜熔炼炉、一级强化燃烧炉I和二级强化燃烧炉2提供高温助燃空气，改善燃烧状况，提高燃烧效率，节约燃料，或者为其他热风用户提供2350°C的清洁干燥用热风。
[0143]⑤.滤袋除尘
[0144]来自步骤④组合式热管换热器5)的烟气进入滤袋除尘器6过滤、进一步去除烟尘；
[0145]⑥.脱流
[0146]来自步骤⑤经滤袋除尘器6过滤除尘后的烟气进入脱硫系统7，脱除硫化物以及其他酸性气体污染物:氮氧化物、CO2、HC1 ；
[0147]采用NaOH水溶液溶液为脱硫剂，以Ca(OH)2水溶液为再生剂，当NaOH水溶液失效后，通过Ca(0H)2水溶液再生后，重复使用。
[0148]⑦.活性炭吸附
[0149]来自步骤⑥经脱硫后的烟气进入活性炭吸附塔8，经活性炭吸附，脱除废杂铜熔炼烟气中的各种大气污染物，达标后，经引风机9排放。
[0150]余热回收率295%。大气污染物全部项目污染物均低于中华人民共和国标准GB31574-2015《再生铜、铝、铅、锌工业污染物排放标准》中，“表3大气污染物排放限值”规定的限值。其中二噁英类大气污染物排放量< 0.05ngTEQ/m3。
[0151 ]实施例3—种废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法
[0152]处理装置由如下顺序连接的设备构成:一级强化燃烧炉I，二级强化燃烧炉2，氮化硅多孔陶瓷过滤器3，逆流换热余热锅炉4，组合式热管换热器5，滤袋除尘器6，脱硫系统7，活性炭吸附塔8和引风机9;
[0153]所述处理方法包括如下步骤:
[0154]①.烟气强化燃烧
[0155]来自废杂铜熔炼炉的烟气，首先进入一级强化燃烧炉I，然后进入二级强化燃烧炉2强化燃烧;使得烟气中携带的有机可燃物继续充分燃烧；同时，在熔炼过程中产生的二噁英类化合物(D1xin-1 ike compounds)及前驱物得以热分解；
[0156]上述一级强化燃烧炉I和二级强化燃烧炉2采用管道式燃烧器，配置自动控制系统，对于燃料流量、空气流量进行自动控制，确保燃烧器内的温度在1100 °C?1200 0C。
[0157]上述的二级强化燃烧炉2还设有电子打火控制开关，实现燃料油或燃料气的自动点火，当烟气中的CO浓度=10mg/m3时，自动点火燃烧，确保烟气中的CO浓度< 10mg/m3。
[0158]②.高温烟气过滤除尘净化
[0159]经步骤①强化燃烧后的烟气进入氮化硅多孔陶瓷过滤器3，过滤除尘净化;烟尘颗粒吸附的二卩惡英类化合物(D1xin-like compounds)及前驱物绝大部分被截留；
[0160]上述氮化硅多孔陶瓷过滤器3，选用氮化硅、氧化铝和氧化钇组成的氮化硅泡沫陶瓷材料制造。三者的质量百分比组成为氮化硅:氧化铝:氧化钇= 90:2:8。
[0161]③.余热锅炉热能回收
[0162]经步骤②过滤除尘净化后的烟气，进入逆流换热余热锅炉4，与锅炉内工质逆流换热，将其携带的高温热能传递给锅炉工质;烟气自身温度降低到690°C，实现余热一级回收；
[0163]所述的逆流换热余热锅炉4烟气与锅炉余热回收工质之间的换热采用三套管式逆流换热方式，换热装置由直径不同的三直管套装配置构成，烟气走中心管和外环隙，余热回收工质走内环隙管，二者流动方向相反，实现逆流换热。
[0164]④.烟气经组合式热管换热器急剧降温
[0165]来自步骤③经余热锅炉4回收热能后的烟气进入组合式热管换热器5)的蒸发段即受热段与热管内的液态工质换热，将烟气携带的热能传导给热管内的液态工质；热管内的液态工质受热气化，产生的气态工质靠热管空间内微小的压差，经过中间的传输段，流向冷凝段;在冷凝段，气态工质对冷源(热管外的流体)释放潜热而冷凝，冷凝的液态工质靠吸液芯的毛细管作用，又流回到蒸发段，继续重复上述过程;如此周而复始，将烟气携带的热能传导给余热锅炉4的入口冷工质，用于提高余热锅炉进水温度;或加热空气，用于废杂铜熔炼炉、一级强化燃烧炉I和二级强化燃烧炉2的进风温度；或者产出热风、热水外送，供其他用户使用；同时，在1.6秒钟时间内将烟气自身温度降低到200°C以下，并继续降温至90°C以下，流出组合式热管换热器5;
[0166]所述的组合式热管换热器5是由管内充有不同工质的热管组成的组合式热管换热器。热管内采用的工质分别是不同配比的钠-钾合金和水。所述钠-钾合金的配比是钠-钾合金中钾的重量百分比为50%?70%。
[0167]所述的组合式热管换热器5为废杂铜熔炼炉、一级强化燃烧炉I和二级强化燃烧炉2提供高温助燃空气，改善燃烧状况，提高燃烧效率，节约燃料，或者为其他热风用户提供2350°C的清洁干燥用热风。
[0168]⑤.滤袋除尘
[0169]来自步骤④组合式热管换热器5的烟气进入滤袋除尘器6过滤、进一步去除烟尘；
[0170]⑥.脱流
[0171]来自步骤⑤经滤袋除尘器6过滤除尘后的烟气进入脱硫系统7，脱除硫化物以及其他酸性气体污染物:氮氧化物、CO2、HC1 ；
[0172]采用NaOH水溶液溶液为脱硫剂，以Ca(OH)2水溶液为再生剂，当NaOH水溶液失效后，通过Ca(0H)2水溶液再生后，重复使用。
[0173]⑦.活性炭吸附
[0174]来自步骤⑥经脱硫后的烟气进入活性炭吸附塔8，经活性炭吸附，脱除废杂铜熔炼烟气中的各种大气污染物，达标后，经引风机9排放。
[0175]余热回收率29 5 %。大气污染物全部项目污染物均低于中华人民共和国标准GB31574-2015《再生铜、铝、铅、锌工业污染物排放标准》中，“表3大气污染物排放限值”规定的限值。其中二噁英类大气污染物排放量< 0.01ngTEQ/m3。
【主权项】
1.一种废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法，其特征在于处理装置由如下顺序连接的设备构成:一级强化燃烧炉(I)，二级强化燃烧炉(2)，氮化硅多孔陶瓷过滤器(3)，逆流换热余热锅炉(4)，组合式热管换热器(5)，滤袋除尘器(6)，脱硫系统(7)，活性炭吸附塔(8)和引风机(9); 所述处理方法包括如下步骤: ①.烟气强化燃烧 来自废杂铜熔炼炉的烟气，首先进入一级强化燃烧炉(I)，然后进入二级强化燃烧炉(2)强化燃烧;使得烟气中携带的有机可燃物继续充分燃烧；同时，在熔炼过程中产生的二嚼英类化合物(D1xin-1 ike compounds)及前驱物得以热分解； ②.高温烟气过滤除尘净化 经步骤①强化燃烧后的烟气进入氮化硅多孔陶瓷过滤器(3)，过滤除尘净化;烟尘颗粒吸附的二卩惡英类化合物(D1xin-like compounds)及前驱物绝大部分被截留； ③.余热锅炉热能回收 经步骤②过滤除尘净化后的烟气，进入逆流换热余热锅炉(4)，与锅炉内工质逆流换热，将其携带的高温热能传递给锅炉工质；烟气自身温度降低到< 700°C，实现余热一级回收； ④.烟气经组合式热管换热器急剧降温 来自步骤③经余热锅炉(4)回收热能后的烟气进入组合式热管换热器(5)的蒸发段即受热段与热管内的液态工质换热，将烟气携带的热能传导给热管内的液态工质；热管内的液态工质受热气化，产生的气态工质靠热管空间内微小的压差，经过中间的传输段，流向冷凝段;在冷凝段，气态工质对冷源(热管外的流体)释放潜热而冷凝，冷凝的液态工质靠吸液芯的毛细管作用，又流回到蒸发段，继续重复上述过程;如此周而复始，将烟气携带的热能传导给余热锅炉(4)的入口冷工质，用于提高余热锅炉进水温度;或加热空气，用于废杂铜熔炼炉、一级强化燃烧炉(I)和二级强化燃烧炉(2)的进风温度;或者产出热风、热水外送，供其他用户使用；同时，在2秒钟时间内将烟气自身温度降低到200°C以下，并继续降温至90°C以下，流出组合式热管换热器(5); ⑤.滤袋除尘 来自步骤④组合式热管换热器(5)的烟气进入滤袋除尘器(6)过滤、进一步去除烟尘； ⑥.脱硫 来自步骤⑤经滤袋除尘器(6)过滤除尘后的烟气进入脱硫系统(7)，脱除硫化物以及其它酸性气体污染物，如H2S、Ν0χ、⑶、CO2、HCl; ⑦.活性炭吸附 来自步骤⑥经脱硫后的烟气进入活性炭吸附塔(8)，经活性炭吸附，脱除废杂铜熔炼烟气中的各种大气污染物，并去除臭气味，达标后，经引风机(9)排放。2.按照权利要求1废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法，其特征在于步骤①所述的一级强化燃烧炉(I)和二级强化燃烧炉(2)采用管道式燃烧器，配置自动控制系统，对于燃料流量、空气流量进行自动控制，确保燃烧器内的温度I 1000 0C。3.按照权利要求1或权利要求2所述的废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法，其特征在于步骤①所述的二级强化燃烧炉(2)还设有电子打火控制开关，实现燃料油或燃料气的自动点火，确保当烟气中的CO达到设定浓度后，即点火燃烧。4.按照权利要求1所述的废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法，其特征在于步骤②中采用的氮化硅多孔陶瓷过滤器(3)，选用氮化硅、氧化铝和氧化钇组成的氮化硅泡沫陶瓷材料制造，三者的质量百分比组成为氮化硅:氧化铝:氧化钇= 90:2:8。5.按照权利要求1废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法，其特征在于步骤③中所述的逆流换热余热锅炉(4)烟气与锅炉余热回收工质之间的换热采用双套管式逆流换热方式，或三套管式逆流换热方式;其中: 所述的双套管式逆流换热方式，换热装置由数根直径不同的二直管套装配置组合构成，烟气走中心管，余热回收工质走环隙管，二者流动方向相反，实现逆流换热； 所述的三套管式逆流换热方式，换热装置由直径不同的三直管套装配置构成，烟气走中心管和外环隙，余热回收工质走内环隙管，二者流动方向相反，实现逆流换热。6.按照权利要求1废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法，其特征在于步骤④中所述的组合式热管换热器(5)是由管内充有不同工质的热管组成的组合式热管换热器。7.按照权利要求1废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法，其特征在于步骤④中所述的组合式热管换热器(5)热管内采用的工质分别是不同配比的钠-钾合金和水。8.按照权利要求7废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法，其特征在于所述钠-钾合金的配比是钠-钾合金中钾的重量百分比为46%?89%。9.按照权利要求7废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法，其特征在于所述钠-钾合金的配比是钠-钾合金中钾的重量百分比为60%?80%。10.按照权利要求1废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法，其特征在于步骤④中所述的组合式热管换热器(5)为废杂铜熔炼炉、一级强化燃烧炉(I)和二级强化燃烧炉(2)提供高温助燃空气，改善燃烧状况，提高燃烧效率，节约燃料，或者为其他热风用户提供2 3500C的清洁干燥用热风。11.按照权利要求1所述的废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法，其特征在于步骤⑥的脱硫方法，采用NaOH水溶液溶液为脱硫剂，以Ca(OH)2水溶液为再生剂，当NaOH水溶液失效后，通过Ca(0H)2水溶液再生后，重复使用。12.按照权利要求1所述的废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法，其特征在于所述逆流换热余热锅炉(4)的工质是水或者低沸点有机工质。13.按照权利要求1所述的废杂铜熔炼烟气中二噁英类大气污染物的处理方法，其特征在于逆流换热余热锅炉(4)和组合式热管换热器(5)回收的热能，直接以热能的形式使用，或者将回收的热能转变为电能或机械能。
【文档编号】F23J15/02GK105864802SQ201610195302
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】王春雨, 吕庆淮, 王银川, 吕瑞新, 王志信, 都立珍, 王超, 崔宾宾, 张德杰
【申请人】山东金升有色集团有限公司